"CQ-SKW", №15, август, 1930 год, стр. 127-128
инж. З. Гинзбург
Для преобразования переменного тока в постоянный служит выпрямительное устройство. Однако оно лишь выпрямляет переменный ток, и полученный в результате ток хотя и имеет постоянное направление, но величина его не постоянна, так что ток является пульсирующим. Если такой пульсирующий ток применить, например, для питания анодов ламп телефонного передатчика, то передача будет совершенно искажена пульсациями. Даже в тех случаях, когда имеется система трехфазного или шестифазного выпрямления, применение пульсирующего тока дает очень сильный фон.
Для того чтобы избавиться от пульсаций и получить чистый постоянный ток, применяются фильтры, через которые этот ток пропускается.
Вопрос о фильтрах уже неоднократно разбирался на страницах нашего журнала, и потому подробно описывать действие фильтров мы не будем. Укажем лишь, что фильтр представляет собой комбинацию из одного-двух дросселей с железом и нескольких конденсаторов большой емкости. Дросселя включаются последовательно в цепь пульсирующего тока, тогда как конденсаторы включаются параллельно к цепи (рис. 1).
Пульсирующий ток, полученный после выпрямления (рис. 2), можно рассматривать как два самостоятельных тока, наложенные один на другой. Первый, не меняющийся по своей величине, называется постоянной слагающей и второй, изменяющийся как по величине, так и по направлению, — переменной слагающей тока. Так как емкость пропускает через себя переменный ток, переменная слагающая проходит через включенные параллельно цепи конденсаторы; для постоянной же слагающей конденсатор оказывается непроводником.
Применяемые в фильтрах дросселя обладают большой самоиндукцией порядка 25—50 генри; действие их заключается в следующем: дроссель легко пропускает постоянный ток, но является большим сопротивлением для переменного. Благодаря этому переменная слагающая через него почти не проходит. Расчет числа витков дросселя по заданной самоиндукции также приводился в нашем журнале много раз и поэтому на нем останавливаться мы не будем.
Таким образом, в фильтре обе составных части пульсирующего тока отделяются друг от друга и направляются по разным путям. Постоянная слагающая выделяется и направляется к анодам ламп передатчика, переменная же замыкается через параллельно включенные конденсаторы и не попадает в передатчик. В результате действия фильтра получается «сглаженный» ток, причем качество этого сглаживания будет зависеть от правильного выбора величин конденсаторов, а в особенности от качества и конструкции дросселя.
Конденсаторы, употребляющиеся для фильтра, нет никакого смысла изготовлять собственными средствами. Такие конденсаторы, рассчитанные на сравнительно высокие пробивные напряжения (для надежной работы необходимо, чтобы пробивное напряжение было по меньшей мере в два раза выше рабочего), должны иметь емкость в одну или несколько микрофарад; самостоятельно их изготовить довольно трудно и вместе с тем выходят они в большинстве случаев неудачными.
Совсем другое дело с дросселями. Найти в продаже дроссель подходящей величины не так-то уж просто, и поэтому их приходится изготовлять самостоятельно. Конечно, при этом весьма желательно достать специальное железо для сердечника, но в крайнем случае сердечник также можно изготовить самому, вырезав из листового железа.
Дроссель состоит из катушки изолированной проволоки, надетой на железный сердечник. Сердечник не делается сплошным, а состоит обыкновенно из двух частей, разделенных между собой воздушным промежутком, который препятствует магнитному насыщению железа сердечника. На рис. 3 приведены две формы сердечника, применяющегося для дросселей: П-образныи с двумя стержнями; и Ш-образный с тремя стержнями. В первом случае на стержни надеваются две катушки и сечение стержней берется одинаковым. Во втором случае применяется одна катушка, помещаемая на среднем стержне; здесь сечение стержней различно и средний стержень берется вдвое большего сечения, чем каждый из крайних.
Сердечник набирается из отдельных листов железа толщиной не более полмиллиметра. Листы нужно обклеивать с одной стороны тонкой папиросной бумагой, чтобы изолировать их друг от друга (во избежание излишних потерь на токи Фуко). Из этих листов, соответствующим образом вырезанных, составляется «пакет», который крепко стягивается так, чтобы листы плотно прилегали друг к другу. Дроссель, имеющий сердечник недостаточно стянутый, будет шуметь во время работы и, кроме того, хуже выполнять свою задачу. Места, где должен находиться стык между основной частью а и накладкой в, необходимо подровнять и подогнать обе части одну к другой. Части должны быть подогнаны так, чтобы при наложенин сверху накладки между ними не было заметно просвета.
Вырезанная часть сердечника носит название окна. Соотношение между шириной окна С (рис. 4) и высотой его d может быть различное. В большинстве случаев это отношение заключается в пределах между 1:1,5 и 1:5, т. е., иными словами, высота окна бывает от полутора до пяти раз больше, чем его ширина. Окно бо́льших размеров имеет то преимущество, что позволяет намотать на дроссель большее число витков проволоки или взять провод большего диаметра, но этим особенно увлекаться не стоит, так как дроссель выходит слишком громоздким.Ширина окна делается примерно равной ширине стержня g. При выборе окна той или иной формы решающее значение имеет возможность достать готовое уже нарезанное железо.
Для обмотки дросселя берется изолированная проволока, которая наматывается на крепкую картонную или пресшпановую катушку, свободно надевающуюся на сердечник, однако она не должна на нем болтаться. На катушку проволока наматывается ровными рядами, виток к витку. Через два или три слоя надо делать прослойку из папиросной, тонкой писчей или парафинированной бумаги, что значительно облегчает намотку и улучшает качества дросселя. Сечение провода должно быть выбрано таким, чтобы ток, проходя через дроссель не нагревал его, а вся обмотка не обладала слишком большим сопротивлением, так как иначе в дросселе будет теряться слишком большое напряжение. Практика дала кое-какие цифры, которыми полностью можно руководствоваться при конструировании дросселя.
Наиболее распространены дросселя с самоиндукцией, находящейся в пределах от 25 до 50 генри. Ясно, что чем больше будет величина самоиндукции, тем большее сопротивление будет оказывать дроссель переменному току. Делать же дроссель больше чем в 50 генри вряд ли целесообразно ввиду получающихся слишком больших размеров, дороговизны, трудности намотки и т. п.
При практическом конструировании и применении дросселей может быть поставлен один из следующих вопросов:
1) требуется построить дроссель некоторой определенной самоиндукции, например 50 генри; необходимо, следовательно, знать все его геометрические размеры, число витков и др. конструктивные данные; или
2) имеется готовый дроссель, число витков и размеры его известны, нужно определить величину самоиндукции и наилучшие условия его работы, т. е. величину воздушного зазора между стержнем и накладкой железного сердечника.
Мы разберем первый вопрос.
Для того чтобы сконструировать дроссель, нужно прежде всего определить сечение сердечника Q. Для этого, помимо заданной самоиндукции, которую обозначаем через L, мы должны знать также тот средний рабочий ток Jn, который потребляется передатчиком. Силу тока берем в амперах.
Выбор сечения сердечника дросселя связан как с необходимой величиной самоиндукции, так и с силой тока, который через дроссель проходит. Эта зависимость дана кривыми, показанными на рис. 5. По горизонталям отложены сечения Q в кв. см, а по вертикалям — произведение самоиндукции в генри на квадрат силы тока в амперах:
На рисунке даны семь кривых для окон, с разным отношением ширины к высоте, начиная c 1,5 и до 5. Имея в своем распоряжении какое-либо готовое железо, вымеряем ширину и высоту окна и находим их отношение. В этом случае, когда готового железа нет, этим отношением необходимо задаться.
На основании полученного из формулы (1) числа А определяем по соответствующей кривой сечение сердечника того стержня, на котором будет надета катушка.